软件体系结构风格(上)

软件体系结构风格

软件体系结构风格(Style):描述特定系统组织方式的惯用范例， 强调组织模式和惯用范例。组织模式即静态表述的样例，惯用范 例则是反映群众多系统共有的结构和语义。

软件体系结构设计的核心问题：能否达到体系结构级的软件重 用； 对软件体系结构风格的研究和实践促进了对设计的复用，一些 经过实践证实的解决方案也可以可靠地用于解决新的问题。

目的：展示软件体系结构丰富的选择空间，在此基础上对 风格选择的一些权衡PS:体系结构模式 体系结构惯用描述和体系结构风格是同一个意思2

使用软件体系结构风格的优点：

促进设计重用； 带来巨大的代码重用； 使系统更易于被他人理解； 使用标准化的风格有利于系统的互操作性； 便于利用特有的体系结分析方法； 提供特定风格的可视化。

在体系结构层次上，常出现客户机-服务器系统、管道过滤器设计或者分层体 系结构等软件风格术语，这些术语一般与特定的设计方法和符号相关，如面向对象和 数据流等，虽然还没有对体系结构惯用模式实现分类，但是这种分类的轮廓已开始出 现，如下部分主要种类：

软件体系结构风格是反复出现的组织模式和习惯用法，是对 一系列体系结构设计的抽象； 软件体系结构风格是描述某一特定应用领域中系统组织方式 的惯用模式。体系结构风格定义了一个系统家族，即一个体 系结构定义一个词汇表和一组约束； 词汇表包括一些构件和连接件，约束指出系统如何将这些构 件和连接件组合起来；

一个软件体系结构风格定义了构件和连接件类型 的符号集，以及规定它们怎样组合起来的约束集合。5

讨论体系结构风格时要回答的问题：

设计词汇表是什么？ 构件和连接件的类型是什么？ 可容许的结构模式是什么？ 基本的计算模型是什么？ 风格的基本不变性是什么？ 其使用的常见例子是什么？ 其优缺点是什么？

体系结构风格最关键的四个要素：提供一个词汇表、定 义一套配置规则、定义一套语义解释原则和定义对基于 这种风格的系统所进行的分析。 分析7种通用的风格

Garlan和Shaw对通用体系结构风格的分类：(1)数据流风格：批处理序列、管道/过滤器(2)调用/返回风格：主程序/子程序、面向对象系统、多级 分层

(3)独立构件风格：进程通讯、事件系统；(4)虚拟机风格：解释器、基于规则的系统； (5)知识库风格：数据库系统、超文本系统、黑板系统

PS: 知识库风格也称为数据中心系统或仓库系统7

经典软

件体系结构 管道和过滤器 数据抽象和面向对象组织 基于事件的隐式调用 分层系统 知识库 模型-视图-控制器(MVC)风格 解释器风格 客户/服务器风格(C/S) 三层C/S结构风格 浏览器/服务器风格(B/S)8

管道和过滤器(PIPES AND FILTER)

产生于UNIX操作系统，适用于对有序数据进行 一系列已经定义的独立计算的应用程序； 每个构件(过滤器)都有一组输入和输出，构件读 输入的数据流，经内部处理，产生输出数据流； 连接件位于过滤器之间，起到信息流导管的作用， 称为管道； 管道和过滤器系统的输出的正确性不依赖于过滤 器的递进处理顺序。

管道过滤器通用结构： 过滤器是一个独立实体，其间无需共享状态 管线(Pipelines):限制系统的拓扑结构只能是过滤器的线性序列 有界管线(Bounded Pipes):限制了在管道中能容纳的数据量 类型定义管道(Type Pipes):明确定义在两个过滤器间的数据类 型10

管道和过滤器风格的例子： UNIX的shell程序，如命令： cat file | grep xyz | sort | uniq > out 在文件file中查找包括xyz的行 排序 去掉重行 输 出到out文件中； 编译器：词法分析 句法分析 语义分析 代码生成。

管道和过滤器的实现： 将系统任务分成几个独立的处理阶段； 定义每个管道传输的数据格式； 决定管道的连接； 设计和实现过滤器； 设计出错处理； 建立处理流水线。

管道和过滤器的优点： 每个过滤器都是独立的整体，相互之间的状态互 不影响；只要具备输入条件即可独立地完成自己 的处理 支持功能模块的重用；过滤器并不知道它的上游 和下游的过滤器的特性；它的设计和实现不会对 与它相连的过滤器加以限制。 系统容易维护和扩展 支持某些特定的分析，如吞吐量和死锁检测 并发性

管道和过滤器的缺点： 管线或流水线(Pipe Line):过滤器严格限制为 单输入、单输出类型，系统拓扑结构只能是线性 序列； 交互性比较弱 兼容性相对弱；维持两个相对独立但又存在某种 关系的数据流之间的通信可能比较困难； 有名管道：在过滤器之间通过有名的管道来进行 数据传送，增加了解析或反馈工作，从而降低系 统的效率。

数据抽象和面向对象组织 建立在数据抽象和面向对象的基础上，数据表示方 法及其相应操作被装到一个抽象数据类型(对象)中； 对象(构件)负责保持资源的完整性，对象通过函数 和过程调用(连接件)来交互； 适用于以相互关联的数据实体的标识和保护为中心 问题的应用程序。

面向对象风格的优

点： 封装：对象具有信息隐藏特性，内部结构对外不可见； 继承：从具有通用特征的对象开始，逐渐定义更具体对象多态：不同类型的 对象可以对相同的激励做出不同的响应16